当前石油资源匮乏,且柴油机高NOx和颗粒物PM排放又造成严重的环境污染问题,从而国内外都很注重天然气发动机的研发。其中,微量柴油引燃天然气缸内高压直喷发动机以其强劲的动力性且能实现更高天然气替代率,近年来开始引发研究和关注,但目前还有很多技术难点需要突破。本文围绕柴油引燃天然气缸内高压直喷发动机这一前沿性的研究课题,对高压直喷柴油/天然气双燃料发动机燃料喷射混合及燃烧过程开展了探索性研究。本文设计的一种组合式喷射器,实现了柴油和天然气的同轴喷射,并基于该组合喷射器,搭建了双燃料喷射纹影实验台。基于Fire软件建立双燃料喷射计算模型,结合纹影技术研究了不同喷射背压下,柴油和天然气双燃料的喷射、发展及混合过程。研究表明,随着背压的增加,天然气和柴油射流贯穿距逐渐减小,喷雾锥角逐渐增加,柴油喷束对天然气喷束有一个明显的卷吸作用,柴油喷雾对天然气射流发展及混合过程影响较大,天然气射流对柴油喷雾形状影响较小。在柴油/天然气双燃料发动机中,天然气和柴油喷孔相对位置直接影响燃料喷射及混合过程,影响发动机的燃烧排放性能。文中基于柴油引燃天然气高压直喷发动机,采用AVL-Fire软件研究了天然气和柴油喷孔相对交角、相对距离和相对夹角这三个重要几何参数对发动机燃烧及排放的影响。结果表明:两喷孔相对交角影响NOx和Soot排放,不同喷孔交角下NO最小生成量比最大生成量减少36%;通过改变相对交角可以同时降低NO和Soot排放,且对缸内平均压力的影响较小;两喷孔相对距离为1.5mm时产生的NO最多;相对距离小时,温度场分布相对均匀,发动机缸内平均压力增加;两喷孔相对夹角减小时,发动机缸内平均压力升高,NO排放增加。本文还研究了天然气替代率对双燃料发动机燃烧排放过程的影响。结果表明,天然气替代率对燃烧过程中缸内平均温度和平均压力的影响很大,当天然气替代率为75%时,缸内平均温度峰值和平均压力峰值最高。快速燃烧期过后,缸内压力和温度都迅速下降,不同天然气替代率会影响排出废气的温度,替代率为50%时废气温度最低。本文的研究成果对天然气/柴油直喷发动机的关键部分——双燃料喷射系统的设计和优化有一定的指导作用,为柴油引燃天然气缸内高压直喷双燃料发动机的研发提供理论支持。